Мутационная нагрузка опухоли и микросателлитная нестабильность

Мутационная нагрузка опухоли и микросателлитная нестабильность — это общегеномные показатели, которые суммируют степень мутированности опухоли, а не фокусируются на каком-либо одном гене. Мутационная нагрузка опухоли подсчитывает соматические мутации по всему анализируемому геному, тогда как микросателлитная нестабильность отражает специфический сбой в системе репарации неспаренных оснований ДНК, который приводит к характерному изменению длины повторяющихся последовательностей; оба показателя используются для стратификации опухолей по их основным мутационным процессам.

Definition

Мутационная нагрузка опухоли — это количество соматических мутаций на единицу анализируемого генома (обычно выражается в мегабазах); микросателлитная нестабильность — это накопление инсерций и делеций в коротких тандемных повторах (микросателлитах), вызванное дефицитом системы репарации неспаренных оснований ДНК, что приводит к измеримому гипермутированному, часто микросателлитно-нестабильному фенотипу опухоли.

Scope

Эта статья охватывает определения мутационной нагрузки опухоли и микросателлитной нестабильности, биологию репарации ДНК, лежащую в основе гипермутированного фенотипа, методы их измерения и взаимосвязь между ними. Это методологический и концептуальный справочник в области молекулярного профилирования опухолей, который не содержит рекомендаций по тестированию или лечению.

Core questions

• Как определяются и измеряются мутационная нагрузка опухоли и микросателлитная нестабильность?
• Как дефицит репарации неспаренных оснований приводит к микросателлитной нестабильности и высокой мутационной нагрузке?
• Как эти общегеномные показатели соотносятся друг с другом и со специфическими изменениями генов?
• Какие аналитические факторы влияют на надежность и сопоставимость этих показателей в различных анализах?

Key concepts

• Мутационная нагрузка опухоли (мутации на мегабазу)
• Микросателлитная нестабильность
• Дефицит репарации неспаренных оснований ДНК
• Гипермутированный фенотип
• Микросателлиты и повторяющиеся участки
• Общегеномные биомаркеры против биомаркеров одного гена
• ПЦР, иммуногистохимия и детекция на основе секвенирования
• Мутационные процессы и сигнатуры

Mechanisms

Система репарации неспаренных оснований ДНК корректирует ошибки спаривания оснований, возникающие во время репликации, и особенно важна в микросателлитах, где проскальзывание легко приводит к инсерциям и делециям. При дефиците репарации неспаренных оснований — из-за мутации гена или эпигенетического сайленсирования — эти ошибки остаются нескорректированными, длина повторяющихся участков изменяется, и возникает микросателлитная нестабильность; тот же дефицит позволяет мутациям накапливаться по всему геному, что приводит к высокой мутационной нагрузке опухоли. Таким образом, микросателлитная нестабильность является одной из молекулярных причин высокой мутационной нагрузки, хотя высокая нагрузка может также возникать из-за других процессов, таких как воздействие канцерогенов или дефекты корректорского считывания. Микросателлитная нестабильность оценивается с помощью ПЦР маркерных локусов, иммуногистохимии белков репарации неспаренных оснований или по данным секвенирования, тогда как мутационная нагрузка опухоли определяется путем подсчета соматических мутаций по панели, экзому или геному, при этом результаты зависят от анализируемой области и используемых правил подсчета.

Clinical relevance

Эти общегеномные показатели используются для стратификации опухолей по их мутационным процессам и изучались как тканево-независимые биомаркеры в контексте иммунотерапии ингибиторами контрольных точек. Эта статья объясняет основную биологию, методы измерения и доказательства; она характеризует, как эти маркеры определяются и изучаются, и не является основанием для диагностических или лечебных решений для какого-либо отдельного человека.

Epidemiology

Секвенирование очень больших серий опухолей показывает, что мутационная нагрузка опухоли охватывает несколько порядков величины как между типами рака, так и внутри них, при этом самые высокие нагрузки наблюдаются при раковых заболеваниях, связанных с воздействием мутагенов или дефектами репарации. Микросателлитно-нестабильные опухоли составляют заметное меньшинство среди нескольких типов рака и характеризуются гипермутациями, при этом оба показателя коррелируют, но не являются взаимозаменяемыми.

History

Микросателлитная нестабильность была охарактеризована в 1990-х годах в контексте наследственного неполипозного колоректального рака и дефицита репарации неспаренных оснований, после чего были установлены консенсусные маркерные панели и рекомендации по тестированию. Крупномасштабное секвенирование в 2010-х годах определило общегеномный ландшафт мутационной нагрузки опухоли при различных видах рака, а исследования иммунотерапии ингибиторами контрольных точек привлекли внимание к дефициту репарации неспаренных оснований и высокой мутационной нагрузке как к общеопухолевым молекулярным признакам, закрепив оба как элементы стратификации опухолей.

Debates

Как следует измерять мутационную нагрузку опухоли и определять пороговые значения?

Оценки мутационной нагрузки зависят от анализируемой геномной области, метода анализа и правил подсчета вариантов, поэтому значения не являются напрямую сопоставимыми между платформами, а выбор пороговых значений для определения опухоли с высокой нагрузкой остается активной проблемой гармонизации.

Key figures

• Dung Le
• C. Richard Boland

Seminal works

• chalmers-2017
• le-2015
• umar-2004

Frequently asked questions

Являются ли мутационная нагрузка опухоли и микросателлитная нестабильность одним и тем же?

Нет. Микросателлитная нестабильность — это специфическая сигнатура дефицита репарации неспаренных оснований ДНК, наблюдаемая в повторяющихся последовательностях, тогда как мутационная нагрузка опухоли — это подсчет соматических мутаций по всему геному; дефицит репарации неспаренных оснований повышает мутационную нагрузку, но высокая нагрузка может также возникать по другим причинам, поэтому эти два понятия связаны, но различны.

Почему значения мутационной нагрузки опухоли могут различаться между лабораториями?

Поскольку показатель зависит от того, какая часть генома секвенируется, глубины и качества анализа, а также правил, используемых для подсчета мутаций, результаты с разных платформ не являются напрямую сопоставимыми, поэтому активно обсуждаются вопросы гармонизации и стандартизации пороговых значений.